Informe de permanganometria. AL PDF

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Practica de Permanganometía, análisis de una muestra de peróxido de hidrógeno....

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PERMANGANOMETRÍA. Anthony Libre Laboratorio de Química Analítica (sección 1)- Departamento de Química Facultad Experimental de Ciencias y Tecnología, Universidad de Carabobo

Profesor: Daniel Pacheco.

RESUMEN El permanganato de potasio se ha utilizado mucho como agente oxidante, participa en muchas reacciones químicas, ya que le manganeso puede existir en los estados de oxidación de +2, +3, +4, +6 y +7. En esta práctica se realizaron 3 etapas fundamentales. La primera etapa se llevó a cabo la preparación de dos de cuatro soluciones a utilizar, la primera solución fue (50,00 ± 0.60) ml de ácido oxálico dihidratado con una concentración de (0,1473 ± 0,00005) N, la segunda solución fue (100,00 ± 0.80) ml de peróxido de hidrogeno a partir de una muestra comercial de agua oxigenada. Las otras dos soluciones fueron ácido sulfúrico con una concentración 6M y una solución de permanganato de potasio utilizada como la solución valorante, estas dos últimas ya estaban preparadas. En la segunda etapa se realizó la estandarización de la solución de KMnO4, a partir (10.00 ± 0,02) ml de la solución patrón de H2C2O4. En un medio ácido proporcionado por 2 ml de ácido sulfúrico. A partir de los volúmenes obtenidos se llevó a cabo los cálculos para determinar la concentración exacta del permanganato, obteniendo una concentración de (0,1490 ± 0,0013) N. Una vez determinado la concentración exacta, se realizó la titulación de (10.00 ± 0,02) ml de la muestra problema de agua oxigenada como lo indica la metodología, la concentración normal obtenida fue de (0,1466 ± 0,0035) N y el porcentaje (%m/v) de peróxido de hidrogeno fue del (2,500 ± 0,023) %m/v. Palabras claves: Estandarización, oxidación, permanganato. INTRODUCCIÓN. El permanganato de potasio es un reactivo que está disponible con facilidad, no es caro y no requiere algún indicador. El manganeso en sus sales se encuentran bajo diferentes estados de oxidación, siendo las más comunes: +7, +4, +2. El ion permanganato su estado de oxidación +7, confiriéndole propiedades oxidantes, ya que en las reacciones oxido-reducción, el manganeso solo podrá reducirse. Siendo entonces un buen agente oxidante. Una propiedad que lo hace muy útil es su color purpura intenso, que es suficiente para

indicar el punto final de la mayoría de las titulaciones. Este compuesto es utilizado para la determinación de muchos agentes reductores. Como el Fe+2, el H2O2, el Sn2+, el Fe(CN)6-4, entre otros. En esta práctica se emplearon técnicas permanganometricas para la determinación de la concentración de peróxido de hidrogeno en una muestra de agua oxigenada comercial, a partir de una solución de permanganato de potasio estandarizado.

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METODOLOGÍA.

color persista durante 30 segundos. Al ocurrir esto se llegó al punto final de la titulación. Esta etapa se En la etapa 1 de la práctica, se llevó a cabo la realizó 2 veces más hasta obtener valores que no preparación de dos soluciones, la primera solución varíen más 0,3 ml una de la otra. Con los fue (50,00 ± 0.60) ml de ácido oxálico, a partir de volúmenes gastados de KMnO4 se realizaron los un reactivo de ácido oxálico dihidratado con un cálculos para determinar la concentración exacta porcentaje de pureza del 99,5% y un peso del agente valorante. molecular del 126,07 g/mol. El procedimiento Seguidamente se realizó la valoración de un realizado fue; se pesó el reactivo en una balanza analítica directamente en un beaker, donde se blanco, donde sobre una fiola de 250 ml se añadió disolvió el sólido con agua destilada con ayuda de (10,00 ± 0.02) ml de agua destilada y 2 ml de ácido una varilla de vidrio. Seguidamente se transvaso en sulfúrico con concentración 6 M. el procedimiento un balón aforado de 50 ml con ayuda de un embudo de la titulación para el blanco fue el mismo como y un soporte de madera. Con la piceta se llevó a la se realizó para la estandarización del línea de aforó y se agito vigorosamente hasta permanganato de potasio, se realizó dos veces más la valoración del blanco. homogenizar. Finalmente, en la etapa 3 se tituló la muestra problema de agua oxigenada comercial, donde se tomó (10,00 ± 0.02) ml de la solución preparada de peróxido de hidrogeno y se añadió 2 ml de ácido sulfúrico, se comenzó la titulación siguiendo el mismo procedimiento de la etapa 2. Pero sin realizar el calentamiento en la plancha. Con los volúmenes gastados de KMnO4 se realizaron los cálculos para determinar la concentración exacta Para la etapa 2 se realizó la estandarización de del agente valorante. la solución de permanganato de potasio a partir de la solución patrón de ácido oxálico en medio acido, RESULTADOS Y DISCUSIÓNES. en una fiola limpia de 250 ml se añadió con ayuda de una pipeta (10,00 ± 0.02) ml de la solución En la etapa 1, se llevó a cabo la preparación de las soluciones siguiendo los procedimientos paso a patrón y 2 ml de ácido sulfúrico 6 M. se comenzó paso como lo indica la metodología. En la tabla 1 la titulación añadiendo constantemente el se muestran las cantidad utilizadas de cada reactivo valorante con constante agitación, hasta añadir el para la preparación de las soluciones. 90 % del volumen necesario para llegar al punto final de la titulación, se llevó la fiola a Tabla 1. Cantidad obtenida para la preparación de la soluciones de ácido oxálico y de peróxido de hidrogeno. calentamiento directo sobre la plancha calefactora Reactivo Masa Volumen Volumen final (m ± 0,0001) g (v ± 0,02) ml (v ± ΔV) ml con una temperatura de (55 – 60) oc, hasta que la H2O2 5,70 ml (100 ± 0,80) ml solución se torne incolora, rápidamente se sigue 0,3333 g (50,00 ± 0,60) 𝐻2 𝐶2𝑂4 ∙ 𝐻2 𝑂 con las titulación añadiendo gota a gota hasta que ml se obtenga una coloración rosa muy tenue donde el La segunda solución fue (100,00 ± 0.80) ml de peróxido de hidrogeno, a partir de una muestra comercial de agua oxigenada con un porcentaje de 3 % m/v. se tomó 5,70 ml con ayuda de una pipeta volumétrica lavada y curada posteriormente, se transfirió la alícuota en un balón aforado de 100 ml y se llevó al aforo con agua destilada. Se tapó y se homogenizo.

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La concentración obtenida experimentalmente de la solución patrón de ácido oxálico fue (0,14730 ± 0,00005) N. Es un buen estándar primario para el permanganato en solución ácida. Se puede obtener con un alto grado de pureza, es estable al secado y no es higroscópico. La reacción con el permanganato es algo compleja y su mecanismo exacto a pesar de muchas investigaciones no está claro [1].

𝐶2 𝑂42− → 2𝐶𝑂2 + 2𝐻+ + 2𝑒 −

(3)

𝑀𝑛𝑂4− + 8𝐻 + + 5𝑒 − → 𝑀𝑛 2+ + 4𝐻2 𝑂 (4)

El calentamiento en la estandarización se debe que la reacción entre el oxalato y el permanganato es una reacción muy lenta a temperatura ambiente y por ello la solución se calienta a unos 60 °C. Aun a temperaturas altas la reacción comienza con lentitud [1], pero la velocidad incrementa al irse formando el ion manganeso (II). El cual actúa Para la etapa 2, se realizó la estandarización como catalizador y la reacción se denomina del permanganato de potasio debido a que contiene “autocatalítica”, ya que el catalizador se produce pequeñas trazas de MnO2. Además cuando se en la misma reacción [1]. Si se aumenta mucho la preparan la solución de KMnO4, el agua destilada temperatura mayor a los 80°C se produce la puede contener sustancias orgánicas que pueden descomposición del H2C2O4 en CO y H2O. llegar a reducir el KMnO4 a MnO2 y el mismo permanganato es capaz de oxidar al agua según la Al momento de finalizar la valoración ecuación (1). añadiendo las ultimas gotas de KMnO4. Este actúa como su propio indicador, pues bastan unas gotas 4 𝐾𝑀𝑛𝑂4 + 2 𝐻2 𝑂 → 3 𝑂2 + 4 𝑀𝑛𝑂2 + 4 𝐾𝑂𝐻 (1) para dar una coloración rosa. Este color desaparece Se realizó el procedimiento explicado en la lentamente por la reducción gradual del de potasio debido a la presencia de metodología para estandarizar la solución de permanganato +2 los iones Mn . Por lo que debemos esperar que la permanganato de potasio, donde se añadió 10 ml de la solución patrón de ácido oxálico y 2 ml de coloración rosada persista durante 30 segundos ácido sulfúrico 6M. El ácido sulfúrico cumple para dar por completa la valoración [1]. El punto como función: generar el medio adecuado para que final con el permanganato no es permanente, ya la reacción se pueda efectuar en un medio ácido que el exceso de iones permanganato reacciona fuerte, además de esto, el H2SO4 no se oxida por lentamente con las concentraciones relativamente el permanganato debido a su potencial estándar de altas de los iones manganeso (II) que se forman en reducción, así como se oxidan otros ácidos, como el punto final, la reacción es: el HCl que se oxida al entrar en contacto con el permanganato, formando hipoclorito u otros subproductos [1].

2MnO4- + 3Mn2+ + 2H2O ↔ 5MnO2 + 4H+

La constante de equilibrio para esta reacción es aproximadamente de 1047, lo que indica que la La reacción (2) establece la reacción global concentración del ión permanganato en el entre el ácido oxálico y el permanganato de potasio equilibrio es extremadamente pequeña en un en medio acido. medio muy ácido. Por suerte, la velocidad a la que se alcanza este equilibrio es tan lenta que el punto 5 𝐶2𝑂42− + 2 𝑀𝑛𝑂41− + 16𝐻+ → 2𝑀𝑛2+ + 10 𝐶𝑂2 + 8𝐻2𝑂 (2) final es gradual, tal vez de unos 30 segundos [2]. Las semirreaciones involucradas son las Este método de añadir un 90% del valorante y reacciones (3) y (4). Donde el ion oxalato (𝐶2 𝑂42−) luego calentar a una temperatura aproximada de es oxidado a dióxido de carbono (𝐶𝑂2 ), y el ion 60°C fue recomendado por los analistas Fowler y permanganato pasa manganeso (II) (𝑀𝑛 2+), Bright. Este procedimiento elimina el error de la formando un sistema oxido-reducción. 3|Página

formación de peróxido como se muestra en la reacción (5). 𝑂2 + 𝐻2 𝐶2 𝑂4 → 𝐻2 𝑂2 + 2𝐶𝑂2

(5)

En la tabla 2 se muestran los volúmenes gastados de KMnO4 para la estandarización de la solución de permanganato de potasio. Tabla 2. Volúmenes gastados del permanganato en las tres titulación empleando 2ml H2SO4 6M.

replica

Alícuota de H 2C 2O 4

Volumen gastado de KMnO4

(v ± 0,02) ml

(v ± 0,05) ml

Tabla 4. Volúmenes corregidos de KMnO4 para la estandarización. replica Volumen corregidos de KMnO4 . (v ± 0,05) ml

1 2 3

9,95 ml 9,95 ml 9,75 ml

La concentración obtenida del permanganato de potasio a partir de los volúmenes de la (tabla 4) fue (0,1490 ± 0,0013) N.

Seguidamente se realizó la etapa 3, donde se realizó la titulación por triplicado de una muestra 1 10,00 ml 10,00 ml de peróxido de hidrogeno, siguiendo los pasos 2 10,00 ml 10,00 ml como se estableció en la metodología. El peróxido 3 10,00 ml 9,80 ml de hidrogeno, conocido vulgarmente como agua Una vez terminada la estandarización se realizó oxigenada, puede actuar como oxidante y como la valoración de un blanco, siguiendo la reductor, según las reacciones (6) y (7). metodología descrita anteriormente. Es de gran 𝐻2 𝑂2 + 2𝐻3 𝑂 + + 2𝑒 − → 4𝐻2 𝑂 (6) importancia ya que el agua destilada en la mayoría de los casos posee minerales, trazas de metales y 𝐻2 𝑂2 + 2𝐻2 𝑂 → 3𝐻2 𝑂 + 2𝑒 − (7) materia orgánica que son oxidadas por el permanganato, por lo tanto debemos saber Se trata por tanto, de un anfolito redox que se empíricamente que cantidad de KMnO 4 puede dismutar de acuerdo con la reacción (8). reaccionara con el blanco, así poder corregir los volúmenes y saber con mayor precisión al 1 𝐻2 𝑂2 ↔ 𝐻2 𝑂 + 𝑂2 (8) 2 momento de llegar al punto final de las titulaciones. En la tabla 3 se muestran los Si se valora frente a un oxidante como el volúmenes gastados de permanganato de potasio permanganato, el peróxido de hidrogeno actuará en la valoración de tres blancos. como reductor según la siguiente reacción (9) Tabla 3. Volúmenes gastados de KMnO4 en la valoración de volumétrica: tres blancos. replica

Volumen de KMnO4 gastado. (v ± 0,05) ml

1 2 3

0,05 ml 0,05 ml 0,05 ml

En la tabla 4 se muestran las volúmenes corregidos para la estandarización del permanganato de potasio a partir de los volúmenes gastados por el blanco.

2 𝑀𝑛𝑂41− + 5𝐻2𝑂2 + 6𝐻+ → 2 𝑀𝑛 2+ + 5 𝑂2 + 8𝐻2𝑂

(9)

Donde las semirreaciones oxido-reducción son las mostradas en las reacciones (10) y (11). 𝑀𝑛𝑂4− + 8𝐻 + + 5𝑒 − → 𝑀𝑛 2+ + 4𝐻2 𝑂 𝐻2 𝑂2 → 𝑂2 + 2𝐻 + + 2𝑒 −

(10) (11)

La valoración debe llevarse a cabo en medio ácido sulfúrico diluido y en frio, ya que en otras condiciones se favorece la reacción de disimulación. El punto final está marcado por la aparición del típico color rosáceo del 4|Página

permanganato en ligero exceso. En la tabla 5 se muestran los volúmenes corregidos de KMnO 4 gastados para la valoración de la muestra de peróxido de hidrogeno. Tabla 5. Volúmenes corregidos de KMnO4 gastados para la valoración de la muestra de peróxido de hidrogeno. replica

Alícuota de H2O2

Volumen corregidos de KMnO4 .

(v ± 0,02) ml

(v ± 0,05) ml

1 2 3

10,00 ml 10,00 ml 10,00 ml

9,85 ml 9.95 ml 9.75 ml

En la tabla 6, se muestran las concentración normal y el porcentaje m/v de peróxido, usando los volúmenes experimentales de la tabla 5. Tabla 6. Concentración normal y porcentaje (m/v) promedio de peróxido de hidrogeno. [H2O2]

%m/v de H2O2

(N ± ΔN) Eq/L

(% ±Δm/v) g/ml

(1.4660 ± 0,0035) N

(2,500 ± 0,023) %

 Realizar un blanco es de gran importancia para saber la cantidad de interferencias orgánicas y minerales que se encuentra mayormente en el agua destilada.  Estandarizar la solución de permanganato es importante ya que mayormente estas soluciones pueden traer trazas de MnO2.  Realizar la estandarización por el procedimiento recomendado por Fowler y Bright. Para evitar el error del peróxido de hidrogeno.  Controlar la acidez del medio es importante para que la reacción no genere interferentes.  Las soluciones de peróxido mayormente contiene impurezas orgánicas, como la acetanilida que reaccionan con el permanganato de potasio.

El porcentaje de peróxido obtenido experimentalmente fue de (2,500 ± 0,023) % comparándolo con el porcentaje teórico mostrado REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. en la etiqueta del 3 % se aleja considerablemente de valor. Los principales errores que pudieron causar interferencias son: errores sistemáticos y [1] Underwood A. (1989) Química Analítica aleatorios al momento de la preparación de las cuantitativa. Quinta edición. Editorial Prenticesoluciones y al momento de realizar las Hall. México, México CF. Páginas: 350-356. valoraciones. El peróxido de hidrogeno comercial Recomendaciones. muchas veces contiene pequeñas cantidades de compuesto orgánico como la acetanilida, que se  ser tratadas con soluciones de tiosulfato acondicionan para estabilizar el peróxido [1]. Estos (0.001 N) capaz de reducir al compuestos pueden reaccionar con el permanganato a manganeso. Y se pueden permanganato ocasionando resultados incorrectos. neutralizar con soluciones de bicarbonato, seguidamente se puden Los desechos de CONCLUSIÓN. permanganto pueden diluir con agua para poder ser desechadas.  El porcentaje m/v obtenida de peróxido de  Las soluciones de permangato deben ser hidrogeno fue (2,500 ± 0,023) % . severvadas en frascos de color topasio para evitar que se produzca oxido de  Es de gran importancia el calentamiento en manganeso. la estandarización del permanganato con alguna sal de oxalato, ya que su velocidad de reacción es lenta. 5|Página



Utilizar las semirreaciones para saber los equivalentes de un componente cuando se tratan de reacciones oxido-reduccion.

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Cálculos típicos Propagación de error El valor de una variable x calculada a partir de la suma o resta de mediciones a y b con errores de medición 𝛥𝑎 y 𝛥𝑏 respectivamente tiene un error 𝛥𝑥 dado por la expresión: ∆𝑥 = √(∆𝑎)2 + (∆𝑏)2

(1)

El valor de una variable x calculada a partir de la multiplicación o división de mediciones a y b con errores de medición 𝛥𝑎 y 𝛥𝑏 respectivamente tiene un error 𝛥𝑥 dado por la expresión: ∆𝑥 = √(

∆𝑎 2 ∆𝑏 2 ) + ( ) .𝑥 𝑏 𝑎

Calculando la concentración de las solucion de ácido oxalico. 0,0333𝑔 𝐻2 𝐶2 𝑂4 𝑋

1𝑚𝑜𝑙𝐻2 𝐶2 𝑂4 99.5𝑔𝑝𝑢𝑟𝑜 𝑋 100𝑔𝑖𝑚𝑝𝑢𝑟𝑜 90,03𝑔 𝐻2 𝐶2 𝑂4

𝑋

2𝐸𝑞𝐻2 𝐶2 𝑂4 1𝑚𝑜𝑙𝐻2 𝐶2 𝑂4

𝑋

1

50𝑋10−3𝐿

= 0,1473 N.

Calculando el error de la concentración de ácido oxalico.

∆𝑁𝐻2𝐶2𝑂4

= √(

0.0001 𝑔 2 0.01 𝑚𝑙 2 ) . 0,1473 N = 0.00005 𝑁 ) 𝑋 ( 50,00 𝑚𝑙 0.0333 𝑔

Calculando la concentración de permanganato de potasio, usando los volúmenes corregidos de la tabla 4. A partir de la ecuación (3). [KMnO4] =

[𝐻2 𝐶2 𝑂4 ] × 𝑉𝐻2𝐶2𝑂4 𝑉KMnO4

(3)

Dónde: [𝐻2 𝐶2 𝑂4 ] = Concentración normal de 𝐻2 𝐶2 𝑂4 (Eq/l). 𝑉𝐻2𝐶2𝑂4 = Volumen de 𝐻2 𝐶2 𝑂4 (mL). 𝑉KMnO4 = Volumen añadido de titulante (mL). [KMnO4] = Concentracion del titulante (𝐸𝑞/𝑙). [KMnO4] =

[KMnO4] =

[KMnO4] =

0,1473 𝑁 ×10,00 𝑚𝐿

9,95 𝑚𝐿

0,1473 𝑁 ×10,00 𝑚𝐿

9,95 𝑚𝐿

0,1473 𝑁 ×10,00 𝑚𝐿

9,75 𝑚𝐿

= 0,1480 𝑁

= 0,1480 𝑁

= 0,1510 𝑁

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Calculando la concentración promedio de permanganato de potasio. A partir de la ecuación (4) 𝑁𝑝 =

𝑀1 + 𝑀2 + ⋯ + 𝑀𝑛 𝑛

(4)

Dónde: 𝑁𝑝 = Normalidad promedio del permanganato de potasio (Eq/l).

𝑁𝑛 = Normalidad de cada titulación. (Eq/L). 𝑛 = Número de titulaciones.

Sustituyendo los datos en la ecuación (3) se obtiene el valor promedio de la concentración de KMnO4 para la estandarización. 𝑁𝑝 =

(0,1480 + 0,1480 + 0,1510) 𝑁 = 0,1490 𝑁 3

Propagación de error en la normalidad de permanganato de potasio estandarizado (∆𝑵𝑬KMnO4) en cada titulación, mediante la ecuación (2): ∆𝑁𝐸KMnO4 = √(

0,00005 𝑁

2

) +(

0,14730 𝑁

2

0,02 𝑚𝐿 2 ) 10,000 𝑚𝐿 2

+(

0,05 𝑚𝐿 2 ) . 9.95 𝑚𝐿

0,05 𝑚𝐿 2

0.1480 𝑁 = 0,0008 𝑁

∆𝑁𝐸KMnO4 = √( ) +( ) +( ) . 0.1480 𝑁 = 0,0008 𝑁 0,14730 𝑁 10,000 𝑚𝐿 9.95 𝑚𝐿 0,00005 𝑁

2

0,02 𝑚𝐿

2

0,05 𝑚𝐿 2

∆𝑁𝐸KMnO4 = √( ) . 0.1480 𝑁 = 0,0008 𝑁 ) +( ) +( 9.75 𝑚𝐿 10,000 𝑚𝐿 0,14730 𝑁 0,00005 𝑁

0,02 𝑚𝐿

Propagación de error para la concentraciones normal promedio de KMnO4estandarizado (∆𝑵𝑬KMnO4), según la ecuación (1): ● ∆𝑁𝐸KMnO4 = √(0,0008 𝑁)2 + (0,0008 𝑁)2 + ( 0,0008 )2 = 0,0013 𝑁

Calculando la concentración de peróxido de hidrogeno, usando los volúmenes corregidos de la tabla 4. A partir de la ecuación (3). [𝐻2 𝑂2 ] =

[KMnO4] × 𝑉KMnO4 𝑉𝐻2 𝑂2

(3)

Dónde: [𝐻2 𝑂2 ] = Concentración normal de 𝐻2 𝑂2 (Eq/l). 𝑉𝐻2𝐶2𝑂4 = Volumen de 𝐻2 𝑂2 (mL). 𝑉KMnO4 = Volumen añadido de titulante (mL). [KMnO4] = Concentracion del titulante (𝐸𝑞/𝑙).

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[𝐻2 𝑂2 ] =

[𝐻2 𝑂2 ] =

[𝐻2 𝑂2 ] =

0,1490 𝑁 ×9,85 𝑚𝐿

10,00 𝑚𝐿

0,1490 𝑁 ×9,95 𝑚𝐿

10,00 𝑚𝐿

0,1490 𝑁 ×9,75 𝑚𝐿

10,00 𝑚𝐿

= 0,1467 𝑁

= 0,1482 𝑁

= 0,1450 𝑁

Calculando la concentración promedio de peróxido de hidrogeno. A partir de la ecuación (4) 𝑁𝑝 =

(0,1467 + 0,1482 + 0,1450) 𝑁 = 0,1466 𝑁 3

Propagación de error en la normalidad de peróxido de hidrogeno. (∆𝑵𝑬𝐻2 𝑂2 ) en cada titulación, mediante la ecuación (2): 0,0013 𝑁 2

0,02 𝑚𝐿

0,0013 𝑁 2

0,02 𝑚𝐿

0,0013 𝑁 2

0,02 𝑚𝐿

2

0,05 𝑚𝐿 2

2

0,05 𝑚𝐿 2

2
...